由 Simon 贫民窟少年如何逆袭成中微子猎手？Junior Peña突破性设计或将揭开宇宙最神秘粒子质量之谜，震撼物理学界！
在麻省理工学院福尔马吉奥实验室，小佩尼亚的研究或许能帮助科学家们精确测定中微子的质量，从而完善物理学基本定律。这位成长于洛杉矶中南区的青年，自幼学会低头走路、用活动填满日程表。在他的社区，一个眼神就可能招致麻烦，许多孩子——包括他的哥哥——都被卷入帮派文化。他很早就决心走出另一条路。由于父母长时间工作，他参加课后项目、打电子游戏、练武术，但朋友们不知道的是，这个少年还会花数小时在线研读教科书、观看讲座，自学高等数学与哲学。”在大家眼中，我从来不是学霸。”他坦言。
高中某个夜晚，他在YouTube上偶然看到关于希格斯玻色子的视频——这种被称为”上帝粒子”的存在，被认为赋予了宇宙万物质量。”我记得无数关于生命、宇宙和存在的疑问瞬间淹没了思绪。”此前他研究过哲学家对这些问题的解答，但物理学更具体的解释令他着迷。
通过自学在十一年级通过AP微积分考试后，对物理的热爱引领他进入南加州大学，2019年参加麻省理工学院暑期研究项目，最终成为MIT研究生。如今他致力于研究中微子——这种能穿透数光年厚铅墙的神秘中性粒子。
在约瑟夫·福尔马吉奥教授的实验室（以开创中微子探测新技术闻名），佩尼亚与顶尖物理学家共同设计探测技术，精确测量这种宇宙中最难以捕捉的粒子。中微子源自太阳与超新星爆发（也可由粒子加速器和核反应堆人工产生），其存在通过”能量缺失”被间接证实。1930年代，物理学家沃尔夫冈·保利发现原子在β衰变过程中出现能量不守恒，为此提出存在一种不可探测的粒子带走了能量。
爱因斯坦E=mc²公式表明能量缺失意味着质量缺失。然而根据粒子物理标准模型，中微子本应没有质量——它们不与希格斯场相互作用（该场通过减缓粒子速度赋予其质量）。但21世纪初的研究发现，中微子能在三种类型间转换，这证明它们必须具有质量。核心问题由此浮现：它们的质量究竟是多少？
精确测定中微子质量可能解释”为何物质战胜反物质”，完善宇宙演化模型，揭示其在暗物质与暗能量中的作用。福尔马吉奥实验室参与的”第八计划”国际合作项目，正通过氚元素衰变实验进行测量：当氚衰变为氦时释放电子与反中微子，通过精确测量电子能谱推算缺失能量，从而反推中微子质量。
实验关键是一种新型探测技术——回旋辐射发射光谱（CRES），通过捕捉电子在磁场中旋转发出的微弱无线电信号实现测量。佩尼亚主导设计了核心部件：一个被他比喻为”吉他”的铜腔体，β衰变释放的电子如同被拨动的琴弦，腔体将放大信号以供精确测量。他与机械师、物理学家合作耗时一年多的手电筒大小原型机，已于今年七月在华盛顿大学完成安装，预计今秋启动校准。
“他从零开始掌握设计仿真软件，反复测试迭代，”导师福尔马吉奥赞叹，”将粗糙构想转化为可行设计的过程令人惊叹。”该项目物理学家杰里米·盖森表示：”三年筹备即将见分晓，真实数据验证模拟结果的时刻将令人激动。”
“第八计划”合作者范德波塞勒强调：”佩尼亚的贡献是实验的核心，他将概念转化为现实。”项目后续将基于佩尼亚开发的技术进行升级，最终建设大型设施捕捉中微子质量。若成功，将对宇宙结构、星系演化乃至物质本质的认知产生深远影响。
佩尼亚计划继续深耕基础物理的未解之谜，正在考虑博士后研究方向，包括悬浮纳米传感器等新兴领域，以推动引力实验、暗物质探测和惰性中微子搜寻。”实验粒子物理是长期事业，”范德波塞勒说，”有些人会投入数十年，但佩尼亚已经留下了永恒印记。”
这位青年科学家同样希望以教授身份创造持久影响，为那些与他一样”从未在学术殿堂看到自己身影”的学生打开大门。”暑期项目改变了我的人生，”他说，”我有责任让下一个孩子明白：这里同样属于你。”
【延伸思考】
1. 中微子质量测定如何颠覆现有粒子物理标准模型？
2. 基础科研中的边缘群体参与机制如何促进科学创新？
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